基于地球引力变轨的日冕探测器轨道设计

研究了相对黄道面有一定倾角的探测器轨道设计的问题。以金星借力轨道设计为例,分析了轨道偏心率与轨道倾角增量之间的关系。根据C3匹配原理搜索了“地球-中间天体-地球”多天体交会的发射窗口。最后,设计了与地球轨道周期相等的三次地球借力轨道,该轨道倾角可以达到黄纬30°以上。理论分析及仿真结果表明:基于地球引力设计此类轨道时,应采用多天体交会方案,才能既保证地球逃逸能量低,又保证首次飞入地球影响球前轨道偏心率较大的双重指标;同时应采用多次地球借力方案,该方案具有每次借力后轨道偏心率逐渐减小的特点,当其减小到零时,再次借力后轨道倾角不会继续增加。     

基于木星借力的太阳极轨探测器轨道设计方法

提出一种从地球发射至日心大倾角轨道设计方法。讨论了该类轨道的实现方式,分析了地球、太阳、行星的相对位置关系,建立了基于行星借力的日心大倾角轨道设计数学模型,给出了设计方法的流程。尤利西斯探测器转移轨道设计算例验证了方法的合理性和有效性。     

火星探测无动力借力飞行轨道研究

对无动力情形的借金星引力辅助变轨进行了研究,并完成了火星探测轨道的设计;首 先使用Jacobi积分得到了蒂塞朗准则,在利用速度矢量图对借力飞行轨道的特性进行分析后 ,得到了Williams提出的C3匹配法,证明了蒂塞朗准则和C3匹配的同一性;在 搜索借力飞行的可行性转移轨道中,采用C3匹配对借金星引力的火星探测轨道进行了 仿真,并对结果进行了分析,最后使用蒂塞朗准则对C3匹配的仿真结果进行了检验。     

基于椭圆型限制性三体模型的借力飞行机理研究

针对星际探测中的借力飞行技术,基于椭圆型限制性三体模型,深入研究了借力飞行 自由参数与借力飞行轨道变化之间的关系。在椭圆型限制性三体问题的假设下,通过正向和 逆向积分相结合的方法,重点研究了借力天体轨道偏心率和相位角对借力飞行逃逸和俘获区 域参数变化的影响,同时分析了借力天体轨道偏心率和相位角对借力飞行实现顺行轨道与逆 行轨道转变区域参数变化的影响,并以地月系统引力参数为例,分析了借力天体分别对应不 同轨道偏心率和相位角时,前向和后向飞越情况下,借力飞行对轨道能量和角动量的影响, 总结出了相应的变化规律。这些研究对于借力飞行轨道的设计与应用具有重要的参考意义。
     

基于不同动力引力辅助模型的木星转移轨道设计

针对木星转移轨道设计中动力引力辅助模型选择问题展开了研究。首先,介绍了近心点机动和甩摆后机动2种动力引力辅助模型,给出了2种模型下最优脉冲机动速度增量的解算方法;然后,基于动力引力辅助模型,提出了包含引力辅助的行星际转移轨迹初始设计方法;最后,以木星探测任务转移轨迹设计为例,对比了不同动力引力辅助模型下探测器的燃料消耗情况。仿真结果表明:相比于甩摆后机动方式,近心点轨道机动方式更加节省燃料。基于近心点机动引力辅助模型,最终完成了金星-地球-地球引力辅助序列的木星转移轨迹初始设计,为我国未来采用引力辅助方式的深空探测任务提供了一定的参考。     

大行星、月球和小天体环绕型探测器的轨道问题

针对环绕型探测器的轨道,以具有不同物理特征的大天体(金星、火星和月球等)为例,根据它们的质量大小(决定其引力作用范围的大小)、密度分布和形状特征(决定其非球形引力场的特征),具体阐述了它们各自环绕型探测器轨道的可能形式和不同的变化特征,另外介绍了小天体探测时的两种伴飞形式。关于环绕型探测器的轨道特征,如月球无大气,对其低轨探测器而言没有能量耗散影响,却同样有轨道寿命问题,而且由于其质量分布不均匀,这种现象还与轨道倾角有密切关系;而对火星的环绕型探测器而言,尽管有类似现象,但与轨道倾角的关系却大不相同。这些重要的轨道变化特征,可为深空探测中目标轨道的选择和设计提供依据。     

“金星快车”步入轨道

经过4亿公里飞行，欧空局价值2．2亿欧元的“金星快车”探测器4月11日进入绕金星运行的轨道。为减速入轨．探测器主发动机工作了51分钟。它先进入近心点400公里、远心点35万公里的大椭圆极轨道，随后又在5月7日进入近心点250公里、远心点6．6万公里的工作轨道，将在6月4日开始科学观测。作为欧洲首颗金星探测器，“金星快车”将用486个地球日（2个金星日）研究金星稠密而炽热的有毒大气。     

星际探测借力飞行轨道的混合设计方法研究

以金星借力探测火星为背景,针对传统借力飞行轨道设计方法中存在的问题,提出了 一种星际探测借力飞行轨道的混合设计方法。该方法在分析借力天体特性的基础上,采用等 高线图给出可能出现借力参数匹配的区域,提出“软匹配”策略进行轨道拼接,采用混合优 化设计方法得到轨道优化设计参数,有效地解决了传统方法对一些满足约束条件转移轨道方 案的遗漏问题。本文以2017-2018年金星借力探测火星为例给出了设计结果,设计参数与 M.Okutsu给出的一致,同时还得到了该参数区域一个新的借力轨道转移方案。此外,本文还 对2010-2018年采用金星借力探测火星的转移轨道进行了研究,给出了金星借力探测火星 较好的设计参数区域,这些研究对于未来可能的火星探测任务的设计与规划具有重要的参考 意义。
     

不同月球借力约束下的地月Halo轨道转移轨道设计

针对地月系L2点不同任务需求下的低耗能转移轨道设计问题,基于不变流形理论与混合优化技术,深入研究了不同月球借力约束与不同幅值Halo轨道的入轨点（简称HOI点）对转移轨道飞行时间与燃料消耗的影响,给出了HOI点选择策略。首先结合任务要求并考虑月球引力影响,在月球借力点施加不同约束条件,通过微分修正算法调整Halo轨道的稳定流形,设计月球到Halo轨道的转移轨道。采用遗传算法与微分修正算法相结合的混合优化策略,在同时考虑地球停泊轨道高度、倾角、升交点赤经与航迹角等多约束条件下,对燃料最优的地月转移轨道进行研究。最后,分析月球借力高度、借力方位角和不同HOI点对平动点转移轨道飞行时间与燃耗变化量的影响,对于考虑月球借力的地月平动点转移轨道设计与应用具有重要的参考价值。     

金星快车将开始执行探测任务

日前,于2005年11月9日发射的金星快车无人探测器已经到达了金星。在金星引力的导引下,探测船将进入其椭圆形轨道,并启动推力控制器以调整运行的轨道。金星的体积、形态和密度与地球非常相似,被称为地球的姊妹星,但其环境恶劣,是温室效应失控及天气系统恶性循环贮热的绝佳参考实例。了解金星的物理状况,有助人类更深入了解地球大气环境,以缓和温室效应。金星快车配备了七种探测仪器,具体是:用于测量太阳风与金星大气之间互动的空间等离子体和高能粒子分析器;探测太阳风作用形成的表面磁场的磁强计;用于高精度测量金星高度55~100 km处大气层温…     

空间探测器的飞行原理

空间探测器是除卫星、宇宙飞船、航天飞机外的又一种航天器,它的目标是对深空中的天体(如恒星、行星、卫星、彗星等)进行探测。空间探测器离开地球时,必须获得足够大的速度才能摆脱地球引力,实现深空飞行。探测器沿着与地球轨道和目标行星轨道都相切的日心椭圆轨道(双切轨道)     

日金星探测器入轨失败

日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）2010年12月8日宣布,金星探测器＂晓＂此前一天未能成功进入绕金星的轨道,而是与金星擦肩而过。探测器可能可在约6年后再次尝试一次,也可能就此罢休。     

火星探测器轨道

火星探测器的运动可分为 3个阶段 :绕地心 (地球质心 )运动阶段 ,绕日心 (太阳质心 )运动阶段 ,绕火心(火星质心 )运动阶段。在飞行时间最长的绕日心运动阶段 ,火星探测器相对于日心的运动轨道视其飞出地球引力作用球 (半径约 930 ,0 0 0km)时相对于日心的速度不同 ,可以为以日心为焦点的椭圆或抛物线或双曲线。当速度量值小于该处逃逸太阳的速度 (指从该处出发能飞离太阳引力场的最小速度量值 )时 ,轨道为椭圆 ;等于逃逸速度时 ,轨道为抛物线 ;大于逃逸速度时 ,轨道为双曲线。地球和火星绕太阳的公转轨道为两个基本同面的椭圆。地球公转轨…     

利用太阳帆定点探测器在地一月系共线平动点附近的探讨

共线平动点附近的运动仅仅是条件稳定的,探测器的轨道需要经过控制才能维持在其附近.以地-月系11点和12点附近大振幅晕轨道的控制为例,探讨了太阳帆在定点这类探测器中的应用.首先,考虑了月球轨道的偏心率和太阳辐射的影响,给出了太阳帆对日定向的探测器轨道的低阶分析解,并在此基础上构造了在太阳系真实引力模型下一段时间内维持在共线平动点附近的拟周期轨道.然后,给出了两种利用太阳帆的控制方案,一是固定面质比而改变太阳帆法线的方向,另一是固定太阳帆对日定向而改变面质比,并对两种方案分别作了数值模拟.最后,文章探讨了测控误差及地、月影对轨道控制的影响.     

空天瞭望

日“希望号”探测器重燃希望日本第一个火星探测器“希望号”6月19日利用地球引力改变飞行方向获得成功,使这一“濒危”探测器终于进入了飞往火星的轨道。日本宇宙科学研究所称,这次借力飞行是该探测器继去年12月调整之后第二次改变轨道。造价8800万美元的“希望号”是1998年7月4日发射成功的,任务是观测火星的大气和磁场。它原定于1999年10月到达火星,但1998年12月在首次飞越地球时发生故障,消耗掉了过多的燃料,因而不得不改变行程,推迟到达火星的时间。另外,去年4月的一次太阳耀斑爆发还损坏了它的加热系统,并使通信功能受损。目前来看,该…     

面向木星卫星交会任务的探测器飞行路径规划

针对探测器在木星系统内多次借力的飞行路径和轨道优化设计问题,提出了一种基于三层优化思想的飞行路径规划方法,该方法可根据给定的任务约束和交会目标,自动搜索探测器在木星系统内的借力飞行序列,同时完成标称飞行轨道的优化设计。首先,文章在给定轨道动力学模型和木卫借力模型基础上,建立了面向木卫交会任务的两次借力飞行轨道优化设计模型和求解方法;然后,采用结合遗传算法、全局遍历和贪婪算法的三层优化设计思路,给出了一种环木飞行路径规划方法;最后,以木星四颗卫星的交会任务为例进行了仿真分析。仿真结果表明：针对木卫的交会任务,探测器速度增量需求随木卫借力次数的增多,呈现先显著减小后逐渐增大的现象;探测器采用多次木卫借力的策略,可显著降低探测器的速度增量需求;探测器速度增量达到最优之后,借力目标收敛于交会目标,且速度增量随借力次数的进一步增多而逐渐增大。     

土星探测器飞行动力学与轨道计算

根据牛顿第二定律和万有引力定律，建立了空间探测器的运动微分方程，并以土星探测器为例，利用精确的数值积分方法对其轨道进行了设计和计算，在土星探测器的轨道设计和计算中，充分利用了有关天体的引力机动，有目的地使探测器飞过一系列行星来增加探测器的能量，从而大大降低了探测器的发射条件。     

月球探测器轨道设计新方法研究

利用太阳引力摄动与月球绕飞设计地月转移轨道,是月球探测器轨道设计的一种新方法。与霍曼转移相比,这种新型轨道飞行时间较长(约三、四个月),但显著节省速度增量(可达150m/s),对月球探测器工程具有诱人的实际应用价值。对应用引力捕获设计地月转移轨道新方法,本文比较全面地论述了研究目标、研究内容、研究方法与步骤,并从大量算例中给出若干典型轨迹予以辅证。     

“维加号”的飞行使命

苏联于1984年12月15日和21日分别发射了命名为“维加(Vegal)1号”和“维加2号”的两个金星/哈雷彗星探测器。1985年1月21日,美国航宇局的跟踪站首次接收到它们发出的电波信号。6月14日和18日,它们相继接近金星,从距金星约3500公里处掠过,并分别向金星大气层投放了一个气球和一个软着陆舱(也称作金星着陆舱)。而后,“维加号”探测器将受金星重力场的作用,偏转其飞行轨道,转向一条更精确的轨道,在1986年3月与哈雷彗星交会。届时,“维加号”探测器将从距彗星10000公里处飞过,并把交会期的探测数据及时送回地球。     

国外木星系环绕飞行任务规划研究

调研了国外3项典型的木星系环绕任务(伽利略号、朱诺号和木星冰卫星探测器(JUICE)),归纳总结了行星借力飞行、利用天体摄动演化轨道、高精度导航、限制近木点高度以及利用飞越实现任务拓展等任务规划方法。最后,提出了我国木星系环绕探测任务规划的初步设想,即以木星和木卫二为主要探测目标,采用金星-地球-地球的地木转移借力序列,以及基于木卫二、木卫三和木卫四借力方式开展木星系探测任务规划,实现飞掠、环绕和穿透多种方式的木星系探测任务。